基于无人机LiDAR点云的多类型植被覆盖滩涂地形滤波

滩涂是宝贵的自然资源,其地形的高精度反演具有重要科学价值,而现有技术和方法存在较大的局限性。无人机激光雷达技术可快速获取大范围滩涂高精度、高密度的三维点云数据,是滩涂地形反演的重要技术之一。如何对点云数据中滩涂植被进行高精度滤波是地形反演要解决的技术难点,尤其是当滩涂覆盖有茂密的异质性植被（如不同种类和几何形态）时,对滤波算法的通用性和鲁棒性提出了更高的要求。以上海崇明西滩湿地某一滩涂作为研究区域,选取草丛、灌木和高大乔木3类典型植被覆盖的局部区域,利用基于坡度滤波、渐进数学形态学滤波和布料模拟滤波3种常用的点云滤波算法进行点云数据处理,比较分析了3种方法的适用性。结果表明：布料模拟滤波对于3个典型区域实验结果的总误差分别为1.57%、0.16%和0.23%, Kappa系数分别为96.74%、98.70%和99.30%。相较于其他两种算法,布料模拟滤波精度更高,更适用于多类型植被覆盖滩涂区域。因此,采用布料模拟滤波对整个研究区域进行处理,取得了较好的滤波效果,与真实地面吻合度较高。最后,通过克里金插值得到整个研究区域高精度的地形数据。     

中继协同无人机辅助的认知无线电网络安全通信

针对中继协同无人机（UAV）辅助的无线通信网络,提出一种基于认知无线电网络（CRN）的物理层安全通信方案。利用二次发射机协同解码转发中继向目的接收机发送机密消息,将UAV用作移动干扰器发送干扰噪声,以降低窃听者的解码能力。在不影响主用户通信的前提下,通过联合优化UAV的飞行轨迹和发射功率提高系统的平均保密率,采用基于连续凸逼近的算法求解近似凸规划的保密率最大化问题。仿真结果表明,相较于优化功率和优化轨迹这两种传统方案,该方案能够进一步提高CRN系统通信的安全性。     

适用于飞行自组网的闲置时隙预约TDMA协议

在飞行自组网中,固定时隙分配时分多址接入（TDMA）协议存在闲置时隙无法成功使用的问题。通过对TDMA协议引入闲置时隙预约机制,提出一种支持业务优先级传输机制的闲置时隙预约TDMA协议。采用短帧长的方式满足协同与控制业务的低时延传输需求,并利用闲置时隙预约机制允许节点使用闲置时隙传输感知业务,从而满足感知业务的高吞吐量传输性能要求。仿真结果表明,与CF-MAC和CTMAC协议相比,该协议能够在降低传输时延的同时,有效提高信道利用率和网络吞吐量。     

基于加速度补偿的无人机吊挂飞行抗摆控制

为了抑制四旋翼无人机（UAV）吊挂飞行中的载荷摆动,研究了一种新的基于加速度补偿的抗摆控制方法。首先,基于拉格朗日法建立了四旋翼UAV吊挂系统的非线性动态特性方程,并构建了能量函数来设计飞行控制系统,使四旋翼UAV跟踪参考轨迹;然后,利用吊挂载荷运动轨迹广义误差设计抗摆控制器,对四旋翼UAV进行加速度补偿以修正UAV的运动轨迹,进而抑制因四旋翼UAV快速运动造成的吊挂载荷摆动;最后,通过仿真对加速度补偿前后的UAV吊挂飞行控制效果进行对比分析。仿真结果表明,基于加速度补偿的飞行控制方法不仅能保证UAV吊挂飞行的平稳,而且能为飞行控制系统提供足够的稳定裕度。     

基于改进遗传算法的无人机路径规划

针对传统遗传算法收敛速度慢、容易陷入局部最优、规划路径不够平滑、代价高等问题,提出了一种基于改进遗传算法的无人机（UAV）路径规划方法,该算法对遗传算法的选择算子、交叉算子和变异算子进行改进,从而规划出平滑、可飞的路径。首先,建立适合UAV田间信息获取的环境模型,并考虑UAV的目标函数与约束条件以建立适合本场景的更为复杂、精确的数学模型;然后,提出了混合无重串选择算子、非对称映射交叉算子和启发式多次变异算子,寻找最优路径以及扩大种群搜索范围;最后,采用三次B样条曲线对规划出的路径进行平滑,得到平滑的飞行路径,并且减少了算法的计算时间。实验结果表明,与传统遗传算法相比,所提算法的代价值降低了68%,收敛迭代次数减少了67%;相较蚁群优化（ACO）算法,其代价值降低了55%,收敛迭代次数减少了58%。通过大量对比实验得出,当交叉率的值为（1/染色体长度）时,算法的收敛效果最好。在不同环境下进行算法性能测试,结果表明所提算法具有很好的环境适应性,适合于复杂环境下的路径规划。     

无人机自主目标识别与定位应用研究

面向无人机自主侦察任务中在线目标识别与定位需求,首先梳理了无人机侦察中目标识别领域的相关研究成果;然后,介绍了Faster RCNN目标识别算法的实现原理,并针对任务需求进行了改进;之后,介绍了图像拼接的相关算法并进一步提出了目标相对定位算法;最后,设计了完整的侦察试验流程对所设计自主目标识别与定位方法进行验证;结果表明,改进的目标检测网络能够达到83.3％的识别准确率和35帧/秒的识别速度,所提出的相对定位算法可以达到0.702 m的平均定位精度,能够满足侦察无人机在线目标识别与定位的任务需求.     

基于模型的四旋翼无人机半实物仿真平台研究

为了降低在真实飞行器上测试新的控制策略时所存在的设备损坏风险,对四旋翼无人机的控制器和半实物仿真实验平台进行了开发和介绍;首先,分析了四旋翼无人机基本结构和飞行原理,并对其进行了动力学建模;其次,设计了对应的常规PID控制器和滑模控制器,并进行了Matlab仿真对比和分析;最后,展示了采用先进的基于模型的设计方法和代码自动等技术的半实物仿真实验平台,并详细介绍了其硬件和软件的总体架构和不同模块的配置;仿真结果表明所设计滑模控制器相比于PID控制器有更好的控制效果,并给出了其在半实物仿真平台上用来研究四旋翼无人机姿态控制的可行性。     

基于扩张状态观测器的反馈线性化无人飞行器姿态控制

随着集成电子等技术逐渐成熟,无人飞行器得到了广泛的关注和应用;其中,由于飞行器在飞行阶段具有高响应速度、耦合动力学和非线性等特点,使其在飞行阶段的姿态控制成为该领域重点研究的方向之一;针对该研究方向,文章提出了一种基于反步法技术的反馈线性化无人飞行器姿态跟踪控制方案来解决其在受到环境干扰的条件下可以精准跟踪姿态角度的问题;在该方法中,设计了反步法技术拆分简化模型和反馈线性化减少调节参数,并利用扩张状态观测器(ESO)来对扰动进行估计和补偿,同时给出了ESO的收敛性和闭环系统的稳定性来证明该方法的可实施性;最后给出了仿真结果,验证了该方法在干扰的环境下仍可以精准控制无人飞行器姿态。     

基于贝叶斯决策的无人机飞行路径自动规划方法

传统无人机飞行路径自动规划方法无法获取全部障碍物信号,使无人机飞行不能达到避障效果,导致飞行路线规划效果较差;为此提出基于贝叶斯决策的无人机飞行路径自动规划方法;无人机飞行路径自动规划硬件模块包含自动规划模块、动画演示模块、地图导航模块和数据导出模块,自动规划模块负责控制无人机飞行;动画演示模块使用240PRO型号的LEWITT声卡,为展示飞机飞行路线提供声音;LS-TM8N地图导航模块通过串口将射频信号发送到天线的输入端,再由数据导出模块导出并保存相关数据;基于贝叶斯决策原理,结合贝叶斯元胞蚁群算法,计算贝叶斯先验概率和后验概率,规划无人机飞行路径,获取最优路径;实验结果表明,该方法遇到静态障碍物捕获的避障信号在-28～30mV范围内波动,动态障碍物捕获的避障信号在-27～30 mV范围内波动,与实际障碍物信号波动范围一致,避障效果较优.     

空地融合的城市道路基础设施数字化技术研究

城市道路基础设施三维模型的重构,在城市道路BIM应用与数字化领域具有重大意义;针对城市交通基础设施数字化重构的需求,对车载激光扫描与无人机倾斜摄影采集技术进行综合运用,提出一套从信息采集、空地点云配准、点云分割到三维重构的完整技术方法;首先使用车载激光扫描技术和无人机倾斜摄影技术对交通基础设施信息进行采集,并使用运动恢复结构算法(SfM,structure from motion)生成基础设施空地点云;其次使用迭代最近点法(ICP,iterative closest point)对空地点云进行精配准,然后利用基于PointNet网络的方法对融合点云进行语义分割;最后对分割出的交通基础设施对象进行三维重构;提出的空地融合的城市交通基础设施数字化技术能够高效地实现交通基础设施重构,为城市交通基础设施数字化提供基础、为后续交通专业领域的应用研究提供便利.